Почему закат красный, а небо днём синее — и при чём тут пыль и дым

Механизм: почему воздух «выбирает» синий

Основа всего — рэлеевское рассеяние. Молекулы воздуха рассеивают коротковолновый синий и фиолетовый свет заметно эффективнее, чем длинноволновый красный. Грубо говоря, мелкие частицы «отбрасывают в стороны» короткие волны охотнее, чем длинные.

Днём Солнце высоко, и его лучи проходят к наблюдателю через сравнительно тонкий слой атмосферы. Рассеянный синий свет приходит к нам со всех сторон неба — поэтому днём небо голубое, а сам диск Солнца выглядит почти белым: синие волны из него тоже уходят, но их потеря не так заметна.

Вечером геометрия меняется. Солнце опускается к горизонту, и путь его лучей к вашему глазу идёт почти вдоль поверхности Земли — через гораздо более длинный слой воздуха. Чем длиннее путь, тем больше синих волн успевает рассеяться в стороны и не дойти до наблюдателя в прямом луче. До нас доходит свет, из которого синее в значительной мере «вынуто», — и он воспринимается как оранжевый или красный.

Аналогия с фильтром и её предел

Удобная аналогия: атмосфера ведёт себя как фильтр, который на длинном наклонном пути сильнее вырезает из солнечного света синие составляющие. Аналогия полезна тем, что сразу даёт верную интуицию: цвет заката определяется тем, что осталось, а не тем, что добавилось.

Но у неё есть важный предел, и его стоит обозначить. Это не цветное стекло и не поглотитель: синий свет в основном не поглощается, а рассеивается — уходит в другие направления. Он не исчезает бесследно, он просто приходит не к вам, а в другую точку неба или на землю. Поэтому небо в стороне от закатного Солнца не чёрное и не красное, а остаётся светлым и часто синеватым; поэтому же рассеянный свет «покрасневшего» заката подсвечивает всё вокруг — облака, снег, стены домов.

Почему не каждый закат красный

Если бы рассеяние на молекулах было единственным механизмом, все закаты выглядели бы примерно одинаково. На деле цвет зависит ещё и от того, что именно висит в воздухе.

Пыль, дым и другие аэрозольные частицы рассеивают свет иначе, чем молекулы воздуха, и могут усиливать красное свечение. В чистой атмосфере закат нередко выходит более жёлтым, чем густо-красным. Именно поэтому оттенок вечернего неба так сильно меняется от дня ко дню и от места к месту: воздух над городом, над лесом и над океаном разный.

Облака и водяные капли ведут себя ещё иначе. Сами по себе они рассеивают видимые длины волн сравнительно неселективно — почти не выбирая, какой цвет «отбросить». Но когда их освещает уже покрасневший свет низкого Солнца, они выглядят золотыми, розовыми или багровыми. Отсюда практический вывод: самые выразительные закаты обычно случаются не при идеально чистом небе, а когда в небе есть слои облаков, ловящие этот свет.

Бытовой пример, знакомый многим: один и тот же вечер из окна в городе с лёгкой дымкой и с открытого берега за городом может дать разные цвета — от бледно-жёлтого до насыщенно-кирпичного. Меняется не Солнце, а «фильтр» между вами и им.

Где это объяснение не работает

• Краснота — не нагрев. Небо не «раскаляется»: температура воздуха к цвету отношения не имеет. Это спектральный эффект, а не тепловой.
• Атмосфера не «добавляет» красный. Частая ошибка интуиции — думать, что воздух подкрашивает свет. Наоборот: он удаляет из прямого луча короткие волны.
• Молекулярное рассеяние объясняет не всё. Крупные аэрозоли, капли и облака рассеивают свет иначе, поэтому предсказать точный оттенок заката по одной формуле нельзя.
• Не всякое цветное небо — про закат. Зелёный луч, радуга, гало, полярные сияния — это другие механизмы: преломление, дисперсия в каплях, свечение атомов в верхней атмосфере. Сводить их к рэлеевскому рассеянию неверно.
• Без атмосферы эффекта нет. На Луне или на орбите небо остаётся чёрным даже при низком Солнце — рассеивать свет там просто нечему.

Итог

Закат красный потому, что низкое Солнце заставляет свой свет идти сквозь атмосферу по длинному наклонному пути, где синие волны рассеиваются в стороны сильнее красных. Всё, что остаётся в прямом луче, — оранжево-красное, а чем именно это обернётся в конкретный вечер, решают аэрозоли и облака. Это не «небо горит» и не «воздух нагрелся», а обычная физика рассеяния, которую видно каждый ясный вечер.

А вы чаще видите закат жёлто-золотым или густо-красным — и над чем он у вас происходит: над морем, лесом или крышами домов?

Если материал оказался полезным, поставьте лайк. А в комментариях напишите, о чём вам хотелось бы прочитать дальше: мы читаем всё, и самые интересные предложения станут темами новых статей.

Больше объяснений обычных вещей — подпишитесь на канал.

#космос #астрономияпростымисловами #почемуэтотак #наукапростымисловами #интересныефакты